单原子钴锚定生物炭/PVDF膜耦合膜过滤与硫酸根高级氧化技术高效去除抗生素

为解决抗生素废水处理中膜过滤技术存在的孔径限制、无法降解污染物及易污染问题，辽宁某研究团队开发了PVDF-CG@5%Co催化膜，通过耦合膜过滤与硫酸根高级氧化技术（SR-AOPs），实现10分钟内90%四环素去除率，兼具抗污染性和长期稳定性，为抗生素废水治理提供创新方案。

　　

抗生素污染已成为全球水环境治理的严峻挑战。这类物质不仅难以降解，还会诱发耐药基因，威胁生态和公共健康。传统膜过滤技术虽能高效分离污染物，但受限于孔径无法去除小分子有机物，且易发生膜污染。高级氧化技术（AOPs）虽能降解有机物，但单独使用存在效率不足的问题。如何将两者优势结合，成为突破技术瓶颈的关键。

辽宁某研究团队在《Environmental Research》发表的研究中，设计了一种新型PVDF-CG@5%Co催化膜。该膜以聚偏氟乙烯（PVDF）为基底，咖啡渣生物炭（CG）为载体锚定单原子钴（Co），通过相转化法制备，首次实现膜过滤与硫酸根高级氧化技术（SR-AOPs）的协同增效。

研究采用相转化法制备催化膜，通过扫描电镜（SEM）和X射线吸收精细结构（XAFS）表征材料形态与原子结构，利用四环素（TC）降解实验评估性能，并结合荧光探针技术检测活性自由基。

Characterization of CG@5%Co
SEM显示CG@5%Co保留了生物炭的多孔结构，XAFS证实Co以单原子形式通过Co-N配位锚定。能谱分析表明Co均匀分布，含量达5wt%，为后续催化提供活性位点。

Catalytic performance evaluation
在1×10^-2
MPa压力和1.125 mM过一硫酸盐（PMS）条件下，膜对TC的10分钟去除率达90%，远超单独过滤（35%）或SR-AOPs（58%）。电子顺磁共振证实体系产生SO₄
^·-
和·OH双自由基路径，Co²⁺
/Co³⁺
循环加速PMS活化。

Antifouling and stability tests
含腐殖酸条件下运行60分钟仍保持76%通量，连续使用后Co溶出量<0.1 mg/L，表明生物炭的“桥梁结构”既稳定单原子又增强PVDF界面结合力。

该研究创新性地通过生物炭桥接策略，解决了单原子催化剂（SACs）难以负载于膜材料的难题。PVDF-CG@5%Co膜兼具物理截留与化学降解双重功能，其高通量（15.8 L·m^-2
·h^-1
）和低能耗特性，为工业化应用提供可能。研究不仅为抗生素废水治理提供新范式，更为设计多孔载体-SACs复合膜材料开辟了路径。团队提出的“界面工程-原子级催化-过程耦合”设计理念，可拓展至其他难降解有机污染物处理领域。